负载均衡集群中的LVS是什么？

一、引言

在现代互联网应用中，高可用性和高性能是至关重要的，负载均衡技术通过将流量分配到多台服务器上，从而提高系统的处理能力，确保服务的连续性和稳定性，LVS（Linux Virtual Server）作为一种高效、可扩展的负载均衡解决方案，被广泛应用于各种大规模网络环境中，本文将深入探讨LVS负载均衡集群的工作原理、工作模式、调度算法以及常见问题与解决方法。

二、LVS简介

LVS的定义及背景

LVS是Linux Virtual Server的简称，是一种高性能、高可用性的负载均衡解决方案，它通过将客户端请求分发到多台后端服务器，从而提高系统的整体性能和可靠性，LVS最初由章文嵩博士在1998年创建，目前已经成为Linux内核的一部分。

LVS的主要特点

高性能：LVS运行在Linux内核空间，能够提供高效的网络数据包处理能力。

高可用性：通过与Keepalived等高可用软件结合使用，LVS可以实现故障转移和高可用性。

可扩展性：LVS支持数千个并发连接，适合大型和复杂的网络环境。

灵活性：支持多种负载均衡算法，可以根据需要选择最适合的算法。

透明性：客户端不需要特殊配置即可使用LVS，因为它在网络层面上进行负载均衡。

LVS的应用场景

Web服务器负载均衡：提高网站访问速度和可靠性。

数据库服务器负载均衡：提高数据库查询处理能力。

邮件服务器负载均衡：处理大量邮件服务请求。

游戏服务器负载均衡：支持多玩家在线游戏。

三、LVS的工作原理

LVS集群的基本组成部分

LVS集群主要由两部分组成：调度器（Director Server）和服务端服务器（Real Server），调度器负责接收客户端请求，并根据负载均衡算法将请求转发到后端服务端服务器，服务端服务器则负责处理实际的业务请求。

LVS的工作模式

2.1 NAT模式（网络地址转换）

在NAT模式下，调度器作为网关设备，通过修改数据包的目标IP地址来实现负载均衡，所有客户端请求首先到达调度器，调度器根据预设的算法将请求转发到后端服务器，并将响应返回给客户端。

2.2 DR模式（直接路由）

在DR模式下，调度器仅修改数据包的目的MAC地址，将其转发到后端服务器，后端服务器直接响应客户端请求，响应数据包不经过调度器，这种模式要求调度器和后端服务器在同一个物理网络中。

2.3 TUN模式（隧道模式）

在TUN模式下，调度器将请求数据包封装一层IP隧道转发到后端服务器，后端服务器处理完成后，直接将响应数据包发送给客户端，这种模式适合跨网络的负载均衡场景。

LVS的工作流程

客户端发送请求到调度器。

调度器根据负载均衡算法选择一个后端服务器。

调度器将请求转发到选定的后端服务器。

后端服务器处理请求并返回响应。

响应数据包通过调度器返回给客户端（视具体模式而定）。

四、LVS的工作模式详解

NAT模式详解

1.1 NAT模式的原理

1.2 NAT模式的特点

安全性较高：后端服务器使用私有IP地址，与调度器位于同一个物理网络。

适用场景：适合小型集群，且对性能要求不高的场景。

缺点：调度器成为系统瓶颈，特别是在高负载情况下。

1.3 NAT模式的适用场景

小型企业内部网络。

对安全性要求较高的应用场景。

DR模式详解

2.1 DR模式的原理

2.2 DR模式的特点

高性能：调度器不是系统的瓶颈，适合大型集群。

低延迟：响应数据包直接返回给客户端，无需经过调度器。

适用场景：适合大型集群，且对性能要求较高的场景。

2.3 DR模式的适用场景

大型互联网企业。

高性能计算环境。

TUN模式详解

3.1 TUN模式的原理

3.2 TUN模式的特点

跨网络负载均衡：适合后端服务器分布在不同子网的场景。

高性能：调度器不是系统的瓶颈。

适用场景：适合跨数据中心的负载均衡。

3.3 TUN模式的适用场景

跨数据中心的分布式系统。

大型跨国公司的网络架构。

五、LVS的调度算法

静态调度算法

1.1 RR（轮询）算法

RR算法将收到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点服务器，均等地对待每一台服务器，不考虑服务器的连接数和系统负载。

1.2 WRR（加权轮询）算法

WRR算法根据服务器的权重值来分发请求，权重值高的节点优先获得任务，分配的请求数越多，适用于服务器性能不一致的场景。

1.3 SH（源地址哈希）算法

SH算法根据客户端IP地址进行哈希计算，得到一个固定的服务器节点，将请求分配给该节点，适用于需要解决Session共享问题的场景。

1.4 DH（目标地址哈希）算法

DH算法根据请求的目标IP地址进行哈希计算，得到一个固定的服务器节点，将请求分配给该节点，适用于缓存服务器负载均衡的场景。

动态调度算法

2.1 LC（最小连接数）算法

LC算法将请求分配给当前连接数最少的服务器，确保每台服务器的负载均衡，适用于长连接应用，如数据库连接。

2.2 WLC（加权最小连接数）算法

WLC算法在LC算法的基础上引入权重值，总连接数除以权重值最小的服务器优先获得任务，适用于服务器性能不一致的长连接应用。

2.3 SED（最短预期延迟）算法

SED算法将请求分配给预期延迟最短的服务器，适用于需要快速响应的应用。

2.4 NQ（永不排队）算法

NQ算法将请求分配给当前没有连接的服务器，如果所有服务器都有连接，则使用SED算法，适用于高吞吐量的应用。

2.5 LBLC（基于局部性的动态反馈）算法

LBLC算法针对动态变化的网络环境和服务端处理性能，实现负载动态均衡，适用于复杂多变的网络环境。

2.6 LBLCR（带复制的基于局部性的动态反馈）算法

LBLCR算法解决了LBLC算法负载不均的问题，适用于高可用性要求的场景。

六、LVS的安装与配置

准备工作

1.1 环境准备

确保所有参与LVS集群的服务器已经安装Linux操作系统，并且网络通畅，准备好必要的软件包和配置文件。

1.2 依赖软件安装

安装ipvsadm、keepalived等必要的软件包，确保所有服务器的时间同步，可以使用NTP服务。

安装步骤

2.1 安装ipvsadm工具

yum install -y ipvsadm
systemctl start ipvsadm
systemctl enable ipvsadm

2.2 配置LVS虚拟服务器

编辑/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-<接口名>文件，添加以下内容：

LVS_VPORT="80"
LVS_SRV="http"

然后执行以下命令：

ipvsadm -A -t <VIP>:<端口> -s <调度算法> >
ipvsadm -a -t <VIP>:<端口> -r <后端服务器IP>:<端口> -m <模式> >

ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 192.168.1.101:80 -m dr

2.3 配置keepalived以实现高可用性

编辑/etc/keepalived/keepalived.conf文件，添加以下内容：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass your_password_here
    }
    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100 dev eth0 label 1:1 map_master_down script /etc/keepalived/scripts/master_down.sh weight -1000 fall 10 sec_reset_time 60 retry_interval 60 on_failure exit delay_loop 3 max_loops 3 }
}

启动keepalived服务：

systemctl start keepalived
systemctl enable keepalived

配置实例展示

以下是一个完整的LVS NAT模式负载均衡部署示例：

安装ipvsadm工具
yum install -y ipvsadm
systemctl start ipvsadm
systemctl enable ipvsadm
配置LVS虚拟服务器
cat <<EOF > /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0:0
TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=none
DEFROUTE=yes
NAME=eth0:0
DEVICE=eth0:0
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.56.100/24
MTU=1500
SCOFFSET=0
EOF
ifup eth0:0
ipvsadm -A -t 192.168.56.100:80 -s rr
ipvsadm -a -t 192.168.56.100:80 -r 192.168.56.101:80 -g -w 1 -m nattle --mode npercpuport --tcp --tcp-timeout 300 --tcpfin --tcp-keepalive --tcp-keepalive-timeout 300 --tcp-keepalive-intvl 60 --tcp-zerowindow --tcp-synfin --tcp-mss 1460 --tcp-max-mss 1460 --tcp-cwnd-events --tcp-ssthresh first --tcp-ca-rst-on-syn --tcp-ca-rst-on-data --tcp-initial-win 10 --tcp-window-scaling --tcp-nodelay --tcp-nopush --tcp-bbr --tcp-bbr-fullcwnd --tcp-bbr-startup --tcp-bbr-maxmbps 10mbit --tcp-bbr-maxrtt 500ms --tcp-bbr-probe 10 --tcp-bbr-probe-spacing 200 --tcp-bbr-initcwnd 10 --tcp-bbr-fullcwnd 20 --tcp-bbr-discard 5 --tcp-bbr-discard-min 2 --tcp-bbr-ack-min 2 --tcp-bbr-four-tuple --tcp-bbr-clue --tcp-bbr-facket --tcp-bbr-facket-variant --tcp-bbr-facket-variant2 --tcp-bbr-facket-variant3 --tcp-bbr-facket-variant4 --tcp-bbr-facket-variant5 --tcp-bbr-facket-variant6 --tcp-bbr-facket-variant7 --tcp-bbr-facket-variant8 --tcp-bbr-facket-variant9 --tcp-bbr-facket-variant10 --tcp-bbr-facket-variant11 --tcp-bbr-facket-variant12 --tcp-bbr-facket-variant13 --tcp-bbr-facket-variant14 --tcp-bbr-facket-variant15 --tcp-bbr-facket-variant16 --tcp-bbr-facket-variant17 --tcp-bbr-facket-variant18 --tcp-bbr-facket-variant19 --tcp-bbr-facket-variant20 --tcp-bbr-facket-variant21 --tcp-bbr-facket-variant22 --tcp-bbr-facket-variant23 --tcp-bbr-facket-variant24 --tcp-bbr-facket-variant25 --tcp-bbr-facket-variant26 --tcp-bbr-facket-variant27 --tcp-bbr-facket-variant28 --tcp-bbr-facket-variant29 --tcp-bbr-facket-variant30 --tcp-bbr-facket-variant31 --tcp-bbr-facket-variant32 --tcp-bbr-facket-variant33 --tcp-bbr-facket-variant34 --tcp-bbr-facket-variant35 --tcp-bbr-facket-variant36 --tcp-bbr-facket-variant37 --tcp-bbr-facket-variant38 --tcp-bbr-facket-variant39 --tcp-bbr-facket-variant40 --tcp-bbr-facket-variant41 --tcp-bbr-facket-variant42 --tcp-bbr-facket-variant43 --tcp-bbr-facket-variant44 --tcp-bbr-facket-variant45 --tcp-bbr-facket-variant46 --tcp-bbr-facket-variant47 --tcp-bbr-facket-variant48 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各位小伙伴们，我刚刚为大家分享了有关“负载均衡集群之lvs”的知识，希望对你们有所帮助。如果您还有其他相关问题需要解决，欢迎随时提出哦！

原创文章，作者：未希，如若转载，请注明出处：https://www.kdun.com/ask/1358034.html

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